設計全過程：i5M8智能五軸立式加工中心的研發與應用-加工中心網-數（shù）控機床（chuáng）市場網

您現在的位置：加工中心（xīn）網> 技術（shù）前沿>設計全過（guò）程：i5M8智能五軸立式加工中心的研（yán）發與應用

設計全過程：i5M8智能五軸立式加工中心的研發與應用

2021-1-14 來源：沈陽（yáng）機床股份有限公司作者：-

一、研發背景

機床作為機械製造（zào）業的主要加（jiā）工設備，在某種意義上代（dài）表了一個國（guó）家的機械製造業水平（píng）。機床設備不但關係著國家的航空航天（tiān）、軍工、精密器械等行業的戰（zhàn）略安全，而且還與人們的日常生活密不可分。如果沒有製造業的支撐，國家就很難真正的實現現代化的建設。五軸聯動數控機床是目前世界上最（zuì）先進的機（jī）床設備，人們在設（shè）計、製造複雜曲麵遇（yù）到無法解決的難題時，就會首先（xiān）想到五軸聯動（dòng）數控機床。由於其特殊（shū）的地位，西方發達（dá）國家一（yī）直把（bǎ）五軸數控（kòng）機床和數控係統作為戰略物資實（shí）行出口許可證製度。

進入21世紀，世界機床技術快速向前發展，在精度、效率、自動化、智能化、網絡化、集成化方麵，都出現了新的飛躍。隨著“工業（yè）4.0”概念的提出，中（zhōng）國政府（fǔ）提出了“中國製（zhì）造2025”，但是高檔數控係統和高檔五軸數控機（jī）床一直是（shì）製約我國製造業發展的瓶頸，基於（yú）此，沈陽機（jī）床i5M8智能五軸立式加（jiā）工中心應運而生。

二、產品簡（jiǎn）介（jiè）

i5M8智能五（wǔ）軸（zhóu）立式加工中心是沈（shěn）陽機床最具（jù）獨特性的（de）一款產品。其（qí）解構主義設（shè）計理念的工業設計，搭載沈陽機床自主（zhǔ）研發（fā）的，具有（yǒu）自主（zhǔ）知識產權的（de）i5智能數控係統，是一款平台型智能五軸加工中心。i5M8機床在（zài）航（háng）天軍工、汽車、新能源、醫療等高品質（zhì）複合加（jiā）工領域能發揮最（zuì）佳性（xìng）能。

圖1 i5M8外觀

三、產品特點

1.產品（pǐn）的結構特點

i5M8智能（néng）五（wǔ）軸立式（shì）加工中心整機采（cǎi）用龍門動橫梁式結構，統（tǒng）一的床身、立柱、橫梁、主軸箱等（děng）鑄件框架，采用高（gāo）速直（zhí）驅電主軸，直（zhí）線軸（zhóu）采用電機直聯，具有（yǒu）高速度、高加速度和高剛性的特點。A/C軸轉台采用先進的直驅力矩電機，具有很高的位置精度和動態性能。它不僅具有在單位時（shí）間內實現高速切削的能力，而且可使（shǐ）被加（jiā）工零件獲得高精度和低表麵粗糙度。

圖（tú）2 機床主體結構

（1）外觀設（shè）計

i5M8整機結構極為緊湊，占地（dì）麵積相對較（jiào）小，可以最大限度地提高客戶（hù）現場的土地使用率（lǜ）。同時前門配有大玻璃的安全門，可以方便操作者觀察加工區域（yù）的（de）狀況。“一”字（zì）型前（qián）門拉手設（shè）計讓客戶開關（guān）防護門（mén）更為方便。前門打開之後操作者可以自（zì）由接近加工（gōng）區域，方便操作者上下料，符合人機工程學的設計。機床（chuáng）的氣動、潤滑、液壓係統置於全封閉防護內，在相應位置都留有拉門（mén）及觀察視窗。i5M8產品的（de）外（wài）觀設計是工（gōng）業設計領域的一個成功案例。

（2）動梁龍門結構

整體（tǐ）結構優化排水和防水設計，X/Y/Z三軸的拖動機構在加工區域（yù）上方，有效避免加（jiā）工時切屑和切削液對絲杠、導軌的侵染。Y軸雙電機驅動，響應速度更快（kuài）、運動更平穩、加工（gōng）精度更高。三軸擁有600×680×450mm的超大行程，空間更大，操作更靈活。

（3）高速銑削電主軸

i5M8的銑削電主軸標配最高轉速12000r/min，最大功率15k W，最大扭矩96N·m，BT40接口。該款主軸內置異步伺服定轉子，采用油（yóu）脂潤滑，水（shuǐ）冷卻，錐孔徑向（xiàng）跳動≤0.003mm，主軸帶有氣密封、刀具冷卻、主軸（zhóu）溫度（dù）監控（kòng）等功能，可長時間保（bǎo）持對客戶零件的高精度加工。同時，也可根據（jù）客戶的不同需求，選配18000r/min、24000r/min等不同轉速電主軸。

（4）A/C軸（zhóu）搖籃轉台

A/C軸搖籃轉台采用力矩電機作為動力源，搭載YRT軸承實現直接驅動（dòng），減少中間環節，提高動（dòng）態響應速度及運動（dòng）精度。A/C軸最高（gāo）轉速可達50r/min，A/C軸轉動範圍±120°/nx360°。A/C軸定位精度10″，重複定位精度6″，配備海德漢編碼器（qì）。獨（dú）有的多層（céng）密封設計，能有效提高搖籃轉台（tái）的防水性（xìng）能，支持φ500mm直徑工作台，工件最大回轉直徑φ600mm。

通過研究（jiū）兩軸轉台在（zài）運動過程中（zhōng）的特（tè）性，提（tí）出使用整體鑄鋁結構，從（cóng）而減輕擺架重量，提高擺架（jià）重心，減小在擺動運動中（zhōng）產生的轉（zhuǎn）動慣量，降低（dī）對力矩電（diàn）機的負載要求（qiú），達到提高動態響應及擺動加（jiā）速度的目的。擺架重（chóng）量由205kg減輕為75kg。輕量（liàng）化設計之（zhī）後A軸角加速（sù）度由鑄鐵（tiě）擺架的12rad/s2提升到鑄鋁擺架（jià）的18rad/s2。

圖3 兩軸轉台（tái）設（shè）計結構（gòu）示意（yì）圖

（5）傘（sǎn）式伺服刀庫

i5M8配備平置式傘形刀庫，可裝（zhuāng）載20把刀具，伺服電機驅動轉（zhuǎn）位，采用主軸抓刀的方式進行換刀，換刀（dāo）過程快速準確。還（hái）可選配32把鏈式（shì）刀庫，滿足客戶更多的需求。

圖（tú）4 20把平置式傘形刀庫

圖5 32把平置鏈式刀庫

2.i5數控係統特點

i5數控係統是沈陽機床攻克了CNC運動控製（zhì）技術、數字伺服驅動技術、實時數字總線技術等運動控製領域的核心底層技術，推出的具有網（wǎng）絡智能功能的數（shù）控係統。該係統突破了世界機床行業最頂級的（de）五軸五（wǔ）聯動控製技術，摘下了工業軟件皇冠上的明珠。其具有（yǒu）特征編程、三維模擬仿真、遠程診斷、工業互聯（lián）等（děng）多種智能技術。

圖6 第四（sì）代i5係統

第四代i5數控係統，采用i5OS內核。標準五軸聯動控製、車銑複合、在機（jī）測量、工單管理等係統功能以工業APP的形式植入數控係統，可以隨著i5M8產品的不斷更新迭代開發新（xīn）的工業APP，從而形成機床產品的獨特性。

四、產品（pǐn）亮點（diǎn）

1.可重構平（píng）台型（xíng）設計

i5M8是一（yī）款可重構平（píng）台型智能機床。主體采用由床身、立柱、橫（héng）梁、主軸箱等組成的統一的機械（xiè）平台，外圍單元如液壓、氣動（dòng）、潤滑等采用模塊化設計。統一的機械（xiè）平台通過搭配（pèi）固定式工作台、單軸直驅轉台、雙軸直驅轉台、銑車電（diàn）主軸等不同功能模塊，從而實（shí）現3軸、3+1軸、3+2軸、5軸聯動、銑車複合（hé）等具有不同功能的加工中（zhōng）心，可以高效地滿足不同行業、不同類型客戶的零件加工需（xū）求。機床（chuáng）的工作台模塊可實現快速（sù）靈活的換裝，短時間內實現機床功能的轉換，i5數控係（xì）統則通過軟件模塊選擇就能輕鬆實現控製，由於具備多種切削能力，這種設計理念的機床可以幫

助客戶（hù）實現零件的定製化生產和應對市場的需求變化。

2.核心功（gōng）能部（bù）件國產化

i5M8智能五軸立式加工中心的數控係統、電主軸、A/C軸力矩電機、排屑器、水冷機等功能（néng）部件（jiàn）均采用國產品牌。通過功能部件的國（guó）產化，一方麵實（shí）現了機床整體製造成本的下降，降低了終端用戶的采購成本；另一方麵通過i5M8的不斷（duàn）提升和進步，對這些關鍵零部（bù）件也提出了更高的要求，從而推動國產功能部件不斷的提升設計和製造（zào）水平。

3.銑（xǐ）車複合功能

結合市場需求，i5M8研發了五軸聯動加工中心的銑車複合功能。該（gāi）功能通過數控係統、銑車複（fù）合電（diàn）主軸、高速C軸之間的配合（hé）來實（shí）現，使機床（chuáng）可以在銑（xǐ）削模式與車削模式兩種（zhǒng）狀態下自由切換。銑削模式狀態下可以實現對零件的五軸聯動、3+2多軸銑削加工，車削模式狀態下可以實現對工件的外圓、內孔、端麵等（děng）進行立式車削、臥式車削以及A軸聯動車削加工。從而進一步提升了M8產品集成加工的（de）能力，尤其適（shì）合外形複雜、加工特征多樣的（de）零件，可（kě）以將零件的（de）車削特征（zhēng）、銑（xǐ）削特征一次性加工完成。

五、質（zhì）量控（kòng）製

沈陽機床股（gǔ）份有限公司是一家通過ISO9001質（zhì）量管理體係以及ISO10012測量管理（lǐ）體係認證的企業。i5M8智能五軸加工中心的研發（fā）製造檢測過程遵循以上（shàng）兩（liǎng）項管理體係的要求。機床的（de）幾何精（jīng）度指標優於國家標準GB/T34880.2-2017《五軸聯動加（jiā）工（gōng）中心檢（jiǎn）驗條件》的要求；機床的切削精度指標符（fú）合國際標準ISO10791-7《Test conditions for machining centers》第七部《Accuracy of finished test pieces》中的NAS試件以及S試件的（de）加（jiā）工精度要求。在製造過程中的質量保證上主要采用檢測設備保（bǎo）證以及過程（chéng）管（guǎn）控保證（zhèng）：

（1）檢測設備保證：公司擁有（yǒu）雷尼紹XL-80激光幹涉（shè）儀、QC20-W球杆（gǎn）儀（yí）、回轉軸校準裝置（zhì）XR10、海克（kè）斯康GLOBAL performance7107三坐標測量機、schenck HS20BU動平衡機等關鍵測（cè）量設備，用以檢測機床的（de）定位精度、加工試件（jiàn）精度以及高速電（diàn）主軸動平衡。

（2）過程管控保（bǎo）證：①具有完善的過程控（kòng）製文件及配套的質量記錄文件20餘（yú）種；②建立機床檔案，每台（tái）i5M8產品從產品設計、BOM編製、加工裝配過程、客戶安裝使用的全過程，可實現質量責任（rèn）追溯（sù）；③通過客戶反饋、QC立項等方式，以PDCA原則，不斷提（tí）升產品質量；④開展培訓及崗位輪換活動，不斷提升員工業務水平。

六、產品研發與應用

經過為期兩年的產品研發，聯合沈機（上海）智能（néng）係統研發設計有（yǒu）限公司以及國內功能部件廠商，陸續攻克了五軸聯動數（shù）控係統銑車複合控製（zhì）功能、兩（liǎng）軸搖籃高速C軸（zhóu）轉台以及銑車複合高速電主軸功能部件。采用係統功能（néng）與關鍵功（gōng）能部件（jiàn）的有效集成，研發出i5M8.4銑車複合五（wǔ）軸聯動加工中心。該產（chǎn）品搭載最（zuì）新（xīn）的第（dì）四代i5OS智（zhì）能數控係統， 19寸觸摸屏，是一台（tái）具有互聯網基因的大數據終端。i5OS係統提供標準運動控製API接口與開發環境，使機床與係統共同進步。係統功能（néng）上擁有對加（jiā）工零（líng）件的高級仿真、傾斜麵坐標快速（sù）變換、手輪引導、銑車模式切換、五軸斷點返回等功能，讓操作更方便（biàn）。

圖7 i5M8.4銑車複合五軸聯（lián）動加工中心

該產品配備（bèi）的銑車複合（hé）電主軸，銑削模式下最高轉速可達12000r/min，采用HSK63A刀柄（bǐng）；車削模式下通過主軸鼻端三聯牙盤定向，刀尖定位準確可靠。A/C軸搖籃（lán）轉（zhuǎn）台采（cǎi）用國際領先的直驅式力矩馬達，無反向間隙，角度定位準確。直線軸與旋轉軸的高精度配（pèi）置可（kě）以保證五（wǔ）軸聯動時零件加工尺寸的準確性。C軸最高轉速可以（yǐ）達到1200r/min，用以（yǐ）滿足車削模式下的切削線速度要求。

目前i5M8.4銑（xǐ）車複合五軸聯（lián）動加工中心主要應（yīng）用於（yú）新（xīn）能源電（diàn）機殼（ké）、高端汽車輪（lún）轂、航（háng）空發（fā）動機葉盤等行業零件。通過i5M8.4的銑（xǐ）車複合功能可以（yǐ）實現一次裝夾完成車削、銑（xǐ）削、鑽孔攻絲等加工，減少了傳統加工方式中的多次裝夾所造成的定位誤差，減少了重複上（shàng）下料的輔助時間，降低了多序加工時候的設備采購成本和工（gōng）裝夾具的采購成本，提高了產品的加工精（jīng）度和加工效率。

圖8 典型加（jiā）工零件

七、結束語

隨著現代零件設計越來越自由，加工特（tè）征越來越複雜，對五軸機床的需（xū）求日益增長。i5M8將繼續不斷迭代、不斷創新、不斷前行，引領我國五軸機床走向高端自主，更好地服務和應（yīng）用於航空航天、軍工、模具（jù）、汽車、醫療等行業（yè），為加快（kuài）實現“中國製造2025”做出應有的貢獻（xiàn）。

投稿箱（xiāng）：
如果您有（yǒu）機床行業（yè）、企業相關新聞稿件發表，或進行（háng）資訊合作，歡迎聯（lián）係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多（duō）相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃

| 更多